1.4 实验：验证动量守恒定律 同步训练-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

人教版高中物理选择性必修第一册第四节实验：验证动量守恒定律同步训练 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 基础训练 一、单选题 1．小明利用如图所示的装置验证动量守恒定律，实验过程中需要满足的要求是（　　） A．两个小球质量大小没有要求 B．入射小球的半径大于被碰小球的半径 C．实验中移动复写纸一定会影响实验结果 D．入射小球每次从斜槽轨道的同一位置由静止释放 2．某学习小组用如图所示的装置来验证碰撞中的动量守恒，实验中先从某一高度处单独释放质量为ma的小球a，标记下小球a撞击在挡板上的位置M，再在水平轨道上放上质量为mb的小球b，从同一高度释放小球a，标记两球撞击挡板的位置P、N，关于本实验下列说法正确的是（     ） A．两小球的质量需满足ma＜mb B．位置P为小球b撞击挡板的位置 C．实验中可以用这个表达式验证动量守恒定律 D．小球a在轨道上受到的摩擦力越小，对实验结果的误差影响就越小 3．用如图所示装置也可以验证碰撞中的动量守恒。把被碰小球m2静置于轨道的水平部分，再将入射小球m1从斜轨上A位置静止释放，与小球m2相碰，并多次重复。小球与轨道间的摩擦可以忽略。图中D、E、F到抛出点B的距离分别为LD、LE、LF。若两球相碰前后的动量守恒，其表达式可表示为（　　） A． B． C． D． 4．A、B两小物块在一水平长直气垫导轨上相碰，用频闪照相机每隔时间t拍照一次，连续拍照四次，拍得如图所示的照片，已知四次拍照时两小物块均在图示坐标范围内，若不计两小物块的大小及碰撞过程所用的时间，则由此照片可判断（　　） A．第二次拍照时物块B在60cm处，并且 B．第二次拍照时物块B在65cm处，并且 C．第二次拍照时物块A在25cm处，并且 D．第二次拍照时物块A在50cm处，并且 二、多选题 5．如图是《物理选修3-5》第十六章第一节中实验“探究碰撞中的不变量”推荐的参考案例一，利用强磁力片模拟小车的碰撞．则下列判断正确的是________ A．利用气垫导轨可以忽略滑块与导轨接触面间的摩擦力，保证两滑块系统外力和为零 B．利用气垫导轨可以很容易保证两个滑块的碰撞是一维的 C．利用光电门可以迅速测量计算得到两个滑块碰撞前后的速度 D．该碰撞过程中，两滑块的动能和不变 三、实验题 6．某同学设计了一个用打点计时器“验证动量守恒定律”的实验：如图甲所示，在小车A的前端黏有橡皮泥，在小车A后面连着纸带，电磁打点计时器的电源频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。    （1）若得到打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距离标在图上，A为运动起始的第一点，则应选______ 段来计算A和B碰后的共同速度。（填“AB”、“BC”、“CD”或“DE”） （2）已测得小车A的质量为0.40kg，小车B的质量为0.20kg，由以上测量结果可得：碰前总动量为______ kg⋅m/s，碰后总动量为______ kg⋅m/s。 能力提升训练 7．用如图甲所示的装置做“验证动量守恒定律”实验，即研究小球在斜槽末端碰撞时动量是否守恒。 （1）下列关于本实验条件的叙述，错误的是__________（选填选项前的字母） A．同一组实验中，入射小球必须从同一位置由静止释放 B．入射小球的质量必须大于被碰小球的质量 C．轨道倾斜部分必须光滑 D．轨道末端必须水平 （2）图甲中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影，实验时先让入射小球多次从斜槽上位置S由静止释放，通过白纸和复写纸找到其平均落地点的位置P，测出平抛射程OP。然后，把半径相同的被碰小球静置于轨道的水平部分末端，仍将入射小球从斜轨上位置S由静止释放，与被碰小球发生正碰，并多次重复该操作，两小球平均落地点位置分别为M、N。实验中还需要测量的物理量有__________。（选填选项前的字母） A．入射小球和被碰小球的质量、 B．入射小球开始的释放高度 C．小球抛出点距地面的高度 D．两球相碰后的平抛射程OM、ON （3）在实验误差允许范围内，若满足关系式__________（用所测物理量的字母表示），则可以认为两球碰撞前后的动量守恒；若满足关系式__________（用所测物理量的字母表示），则可以认为两球发生的是弹性碰撞。 （4）若采用图乙装置来验证碰撞中的动量守恒，实验中小球平均落点位置分别为、、，与小球在斜槽末端时球心的位置等高。下列说法中正确的是__________。 A．若，则表明此碰撞过程动量守恒 B．若，则表明此碰撞过程动量守恒 C．若，则表明此碰撞过程机械能守恒 D．若，则表明此碰撞过程机械能守恒 8．某同学借助图1所示装置验证动量守恒定律，长木板的一端垫有小木块，可以微调木板的倾斜程度，以平衡摩擦力，使两个小车均能在木板上做匀速直线运动。小车1前端贴有橡皮泥，后端与穿过打点计时器的纸带相连，接通打点计时器电源后，图1让小车1以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车2相碰并粘在一起，之后继续做匀速直线运动。打点计时器电源频率为，得到的纸带如图2所示，已将各计数点之间的距离标在图上。 (1)图2中的数据有AB、BC、CD、DE四段，计算小车1碰撞前的速度大小应选_______段，计算两车碰撞后的速度大小应选____段。 (2)关于实验的操作与反思，下述说法正确的是______ A．实验中小车1必须从静止释放 B．若小车1前端没贴橡皮泥，不影响实验验证 C．上述实验装置不能验证弹性碰撞规律 (3)若小车1的质量（含橡皮泥）为，小车2的质量为，根据纸带数据，碰前两小车的总动量是______，碰后两小车的总动量是______。（结果均保留三位有效数字） 9．验证动量守恒定律的装置如图所示。将A、B两个小球用细线悬挂起来，静止时两球相切，球心等高，两细线恰好竖直。其中 B 球正下方固定有光电门（图中未画出），B球下端固定挡光片（挡光片的右侧恰好处于光电门处，未挡光）。保持细线伸直，将A 球向左拉起，由静止开始释放，两球碰撞后A球反弹。 已知A、B两球的质量分别为mA、mB，则： (1)两球质量关系为 mA________mB（选填“>”、“<”或“=”）。 (2)取两球静止时球心处为参考面，测得A球向左拉起的高度为 两球碰撞后，测出A球第一次弹起能到达的最大高度为 B球通过光电门后使B球立即停摆，测得挡光时间为t。已知重力加速度为g，挡光片的宽度为d，本实验中能验证碰撞前后动量守恒的表达式为__________________（用上述物理量表示）。 (3)下列做法中对（2）中的验证动量守恒的表达式有影响的是 。 A．起始小球在最低处静止时，细线长度略有不等，但两球心等高 B．起始小球在最低处静止时，两细线上端系在同一点上 C．A球开始释放时有一定的初速度 D．两球碰撞过程中有机械能损失 10．杨同学设计了如图所示的一个简易实验来验证动量守恒定律，将一个弹射装置固定在长水平板上，弹射器的弹簧原长时右端在点。物块A和物块B的质量分别为和，两者与长水平板间的动摩擦因数较小。先不放物块B，用物块A压缩弹簧右端至Q点后由静止释放，物块A运动到长水平板上的P点后停下。在长水平板上点右侧某处标记点O，将物块B放置在O点上，再次用物块A压缩弹簧右端至Q点后由静止释放，两物块发生对心正碰，最终分别停在M点和N点。多次重复实验，确定P、M、N点的平均位置，得到的长度分别为、、，、、的长度分别为、、。两物块可视为质点，与水平木板间的动摩擦因数均为，重力加速度为g。 (1)在实验时，物块A和物块B的质量应符合______（填“>”“<”或“=”）。 (2)物块A和物块B碰后物块B的速度与位移的关系是______（用题中所给的物理量表示）。 (3)若要验证动量守恒定律，可验证的关系式为________（从、、、、、、、中选择正确的物理量表示）。 (4)为进一步减小实验的误差，可将O点的标记位置适当______（填“左移”或“右移”）。 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 《人教版高中物理选择性必修第一册第四节实验：验证动量守恒定律同步训练》参考答案 1．D 【详解】A．为了使入射小球碰撞后不反弹，入射小球的质量需大于被碰小球的质量，故A错误； B．为了让碰撞发生在水平方向，入射小球的半径需等于被碰小球的半径，故B错误； C．在实验过程中，小球的落点通过白纸和复写纸获得，若移动白纸将不能确定小球的位置，但复写纸可以移动，故C错误； D．该实验中需要让入射小球每次从斜槽轨道的同一位置由静止释放，即可获得相同的平抛速度，故D正确。 故选D。 2．B 【详解】A．为防止入射球a碰后反弹，则两小球的质量需满足ma>mb，A错误； B．两球碰后，b球的速度大于a球的速度，两球均做平抛运动，根据， 可得，因x相同，则水平速度越大，则竖直位移y越小，可知位置P为小球b撞击挡板的位置，位置N为小球a碰后撞击挡板的位置，B正确； C．若动量守恒，则满足 由可得 则表达式可表示为，C错误； D．小球a在轨道上受到的摩擦力对实验无影响，只要小球a到达轨道底端时速度相同即可，D错误。 故选B。 3．C 【详解】设斜面的倾斜角为θ，小球离开平台后做平抛运动，水平方向 竖直方向     解得小球做平抛运动的初速度 则有m1碰撞前的初速度 m1碰撞后的初速度 m2碰撞后的初速度 由动量守恒定律可得 解得 故选C。 4．C 【详解】已知四次拍照时两小物块均在图示坐标范围内，图中B只有两个像，可知B物块在碰撞前静止在60cm处，，A在碰撞前沿x轴正方向运动，碰撞后A沿x轴负方向运动，B沿x轴正方向运动；则第一次、第二次、第三次拍照时物块B在60cm处，第四次拍照时物块B在65cm处；第一次拍照时物块A在0cm处，第二次拍照时物块A在25cm处，第三次拍照时物块A在50cm处，第四次拍照时物块A在55cm处；设碰撞前A的速度大小为，碰撞后A、B的速度大小分别为、，根据动量守恒可得 由题图可知从第三次拍照到A与B碰撞所用时间为 则从A与B碰撞到第四次拍照所用时间为 故有，， 联立可得 故选C。 5．ABC 【详解】A．利用气垫导轨可以忽略滑块与导轨接触面间的摩擦力，保证两滑块系统外力和为零，故A正确； B．利用气垫导轨可以很容易保证两个滑块的碰撞是一维的，故B正确； C．利用光电计时装置可以迅速测量计算得到两个滑块碰撞前后的速度，故C正确； D．该过程中两滑块的碰撞不是弹性碰撞，故动能有所损失，即碰撞过程中，两滑块的动能和减小，故D错误． 6． DE 0.420 0.417 【详解】（1）[1]由于碰撞之后共同匀速运动的速度小于之前A独自运动的速度，故AC应在碰撞之前，DE应在撞之后，推动小车由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故BC段为匀速运动的阶段，故选BC计算碰前的速度，DE来计算碰后的共同速度。 (2)[2]碰前系统的动量即A的动量，则 [3]碰后的总动量 7． C AD/DA C 【详解】（1）[1]A．同一组实验中，为了保证每次碰撞前入射小球的速度相同，入射小球必须从同一位置由静止释放，A正确； B．为了保证碰后入射小球不反弹，入射小球的质量必须大于被碰小球的质量，B正确； C．轨道倾斜部分是否光滑不影响碰撞前入射小球的速度是否相同，故轨道倾斜部分不需要光滑，C错误； D．为了保持小球抛出时做平抛运动，轨道末端必须水平，D正确。 本题选择错误的，故选C。 （2）[2]设入射小球碰撞前的速度为，碰撞后入射小球的速度为，被碰小球的速度为，入射小球的质量为，被碰小球的质量为，若碰撞过程满足动量守恒，则有 设小球做平抛运动的时间为，则有 ，， 联立可得 故实验中还需要测量的物理量有：入射小球和被碰小球的质量、；两球相碰后的平抛射程OM、ON。 故选AD。 （3）[3]在实验误差允许范围内，若满足关系式 则可以认为两球碰撞前后的动量守恒； [4]若两球发生的是弹性碰撞，根据系统机械能守恒可得 可得 （4）[5]若采用图乙装置来验证碰撞中的动量守恒，设入射小球碰撞前的速度为，碰撞后入射小球的速度为，被碰小球的速度为，抛出点与挡板的水平距离为，则有 ，， 若碰撞过程满足动量守恒，则有 可得 若碰撞过程满足机械能守恒，则有 可得 故选C。 8．(1) BC DE (2)C (3) 0.685 0.684 【详解】（1）[1][2]接通打点计时器电源后，推动小车1由静止开始运动，故小车有个加速过程，在碰撞前做匀速直线运动，即在相同的时间内通过的位移相同，故BC段为匀速运动的阶段，故选BC计算碰前的速度；碰撞过程是一个变速运动的过程，而小车1和2碰后的共同运动时做匀速直线运动，故在相同的时间内通过相同的位移，应选DE段来计算碰后共同的速度。 （2）A．实验中小车1不一定从静止释放，只要碰撞前做匀速运动即可，故A错误； B．若小车1前端没贴橡皮泥，则两车不能粘在一起，小车2的速度不好测量，所以小车1前端没贴橡皮泥会影响实验验证，故B错误； C．上述实验装置中两小车碰撞后粘在一起，是非弹性碰撞，弹性碰撞的话小车2碰撞后的速度无法测量，因此该装置不能验证弹性碰撞规律，故C正确。 故选C。 （3）[1]碰前小车的速度为 碰前的动量为 [2]碰后小车的共同速度为 碰后的动量为 9．(1)< (2) (3)BC 【详解】（1）题意可知两球碰撞后A球反弹，故。 （2）设碰前、后A的速度大小分别为，碰后B的速度大小为，则有，， 规定向右为正方向，根据动量守恒有 联立整理得 （3）A．起始小球在最低处静止时，细线长度略有不等，但两球心等高，可保证两球发生正碰，对实验无影响，故A错误； B．起始小球在最低处静止时，两细线上端系在同一点上，则这样两球之间发生的不是对心碰撞，影响实验结果，故B正确； C．A球开始释放时有一定的初速度，则碰撞前的速度会偏大，对实验有影响，故C正确； D．两球碰撞过程中有机械能损失不影响动量守恒，故D错误。 故选BC。 10．(1)> (2) (3) (4)左移 【详解】（1）为保证物块A碰撞物块B后一定不反弹，物块A和物块B的质量应满足。 （2）物块B从O点到N点，根据动能定理得 解得 （3）物块A从O点到P点，根据动能定理得 可得碰撞前物块A到O点时速度为 同理可得碰撞后瞬间物块A和物块B的速度分别为、 若动量守恒定律成立，则应满足 即 （4）将O点的标记位置适当左移，会使碰撞的初速度较大，碰撞时间变短，碰撞力变大，内力远大于外力，误差就会减小，同时测量的偶然误差也会减小。 答案第1页（共2页） 答案第1页（共2页） 学科网（北京）股份有限公司 $